(57)【要約】【課題】ＮＯxの還元効率を向上可能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】エンジン６から送出される排気Ｇの流通経路１１に、ＮＯx還元触媒１を設置した排気浄化装置において、排気Ｇに尿素水Ｕを混ぜる添加ノズル２２を、ターボチャージャ８のタービン９入口付近に位置するようにエンジン６の排気マニホールド７に取り付けている。  すなわち、ターボチャージャ８よりも排気Ｇ進行方向上流側で高温の排気Ｇに還元処理用の尿素水Ｕを添加して、タービン９を回転させる排気Ｇと尿素水Ｕの微細液滴を混ぜ合わせ、尿素水Ｕの分解を促進させてアンモニアの生成量を確保する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから送出される排気の流通経路に、ＮＯx還元触媒を設置した排気浄化装置において、排気中に尿素水を混ぜる還元剤添加手段を、エンジンに付帯のターボチャージャよりも排気進行方向上流側に位置するように設置したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
エンジンから送出される排気の流通経路に、ＮＯx還元触媒を設置した排気浄化装置において、排気中に尿素水を混ぜる還元剤添加手段を、還元触媒よりも排気進行方向上流側に位置するように設置し、還元剤添加手段へ供給すべき尿素水を昇温させる加熱手段を設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
エンジンから送出される排気の流通経路に、ＮＯx還元触媒を設置した排気浄化装置において、排気中に尿素水を混ぜる還元剤添加手段を、エンジンに付帯のターボチャージャよりも排気進行方向上流側に位置するように設置し、還元剤添加手段へ供給すべき尿素水を昇温させる加熱手段を設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項４】
ゼオライトと貴金属触媒を担持させたアンモニア酸化触媒を、ＮＯx還元触媒の下流側に設置した請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、酸素共存状態であっても選択的にＮＯxが還元剤と反応可能な尿素選択還元触媒を、ディーゼルエンジンの排気系統に組み込み、エンジン排気のＮＯx濃度の低減を図るようにした排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この排気浄化装置は、図６に示すように、浄化すべき排気Ｇの進行方向上流側から下流側へ向けて順に並ぶ尿素選択還元触媒１及びアンモニア酸化触媒２と、これらの還元触媒１及び酸化触媒２を内装するケーシング３と、排気Ｇに対して尿素水Ｕを噴霧する添加ノズル４と、演算ユニット５とを備えている。
【０００４】
還元触媒１には、バナジウム、チタン、タングステンなどの酸化物で組成したもの、銅、ゼオライトで組成したもの、あるいはゼオライトを用いている。
【０００５】
酸化触媒２には、アンモニアを酸化処理して窒素、あるいは一酸化窒素を生成可能な物性のものを用いている。
【０００６】
ケーシング３は、エンジン６の排気マニホールド７からターボチャージャ８のタービン９を経てマフラ１０に至る排気Ｇの流通経路１１の中間部分に設けられている。
【０００７】
添加ノズル４は、還元触媒１よりも排気Ｇの進行方向上流側に位置するようにケーシング３の排気導入口付近に取り付けられている。
【０００８】
この添加ノズル４には、制御ユニット１２から給電を受けるモータ１３で駆動され且つタンク１４より尿素水Ｕを吸引して吐出するポンプ１５が、電磁弁１６を介して接続されている。
【０００９】
添加ノズル４の上流側には、ＮＯx濃度センサ２８が設けられ、ケーシング３の排気導入口付近には温度センサ１７が設けられ、更に、ケーシング３の排気送出口付近には、ＮＯx濃度センサ１８と温度センサ２９が設けられている。
【００１０】
これに加えて、エンジン６には、回転数センサ１９が付帯し、アクセルペダル２０には、その踏み込み角度に基づき負荷指令を算定するアクセルセンサ２１が付帯している。
【００１１】
演算ユニット５は、
ａ．回転数センサ１９により得たエンジン６の回転数と、アクセルセンサ２１により得たエンジン６に対する負荷指令値とから現時点のエンジン６の運転状態を想定してＮＯxの発生予想量を算出する機能、
ｂ．上記の発生予想量に見合った尿素水Ｕの添加量を算出する機能、
ｃ．温度センサ１７，２９により得たケーシング３の排気導入口、または排気送出口付近の雰囲気温度が、還元触媒１の活性温度域に含まれる場合に、ソレノイドを励磁して電磁弁１６を開き且つ制御ユニット１２によりモータ１３を作動させてポンプ１５を駆動し、添加ノズル４から排気Ｇの流れに対して尿素水Ｕを、前記の添加量に基づき噴霧する機能、
ｄ．ＮＯx濃度センサ１８により得たケーシング３の排気送出口付近のＮＯx濃度、または、ＮＯx濃度センサ１８により得た添加ノズル４上流付近のＮＯx濃度に応じて尿素水Ｕの添加量を補正する機能、
などを具備している。
【００１２】
すなわち、排気Ｇの温度が還元触媒１の活性温度域に含まれる場合に、還元剤である尿素水Ｕを排気Ｇに添加すると、まず、尿素水Ｕがアンモニアと炭酸ガスとに分解する。
［化１］
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
【００１３】
次いで、還元触媒１とアンモニアにより排気ＧのＮＯxが還元処理され、ＮＯxの大気中への放出を抑制する。
［化２］
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ
［化３］
６ＮＯ＋４ＮＨ3→５Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
［化４］
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
【００１４】
更に、微量のアンモニアが未反応のまま還元触媒１を通過したとしても、当該アンモニアは酸化触媒２で酸化処理され、窒素、あるいは一酸化窒素が大気中に放出されることになる。
【特許文献１】特開２００２−１６１７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、図６に示す排気浄化装置では、エンジン６の起動直後、車両の寒冷地での運用、エンジン６の低負荷運転の継続などによって、ケーシング３の排気導入口（還元触媒１の排気Ｇ進行方向上流側）や排気送出口（還元触媒１の排気Ｇ進行方向下流側）の雰囲気温度が高くならない場合には（具体的には２００℃を上回らないと）、添加ノズル４から噴霧した尿素水Ｕが分解しにくくなり、このため、アンモニアの生成量が不足してＮＯxを効率よく還元できなくなる。
【００１６】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、ＮＯxの還元効率を向上可能な排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、エンジンから送出される排気の流通経路に、ＮＯx還元触媒を設置した排気浄化装置において、排気中に尿素水を混ぜる還元剤添加手段を、エンジンに付帯のターボチャージャよりも排気進行方向上流側に位置するように設置している。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、エンジンから送出される排気の流通経路に、ＮＯx還元触媒を設置した排気浄化装置において、排気中に尿素水を混ぜる還元剤添加手段を、還元触媒よりも排気進行方向上流側に位置するように設置し、還元剤添加手段へ供給すべき尿素水を昇温させる加熱手段を設けている。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、エンジンから送出される排気の流通経路に、ＮＯx還元触媒を設置した排気浄化装置において、排気中に尿素水を混ぜる還元剤添加手段を、エンジンに付帯のターボチャージャよりも排気進行方向上流側に位置するように設置し、還元剤添加手段へ供給すべき尿素水を昇温させる加熱手段を設けている。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、ゼオライトと貴金属触媒を担持させたアンモニア酸化触媒を、ＮＯx還元触媒の下流側に設置している。
【００２１】
請求項１に記載の発明では、ターボチャージャよりも排気進行方向上流側で高温の排気に還元処理用の尿素水を添加して、ターボチャージャを回転させる排気と尿素水の微細液滴を混ぜ合わせ、尿素水の分解を促進させてアンモニアの生成量を確保する。
【００２２】
請求項２に記載の発明では、排気に添加すべき還元処理用の尿素水を加熱手段で昇温し、尿素水の分解を促進させてアンモニアの生成量を確保する。
【００２３】
請求項３に記載の発明では、排気に添加すべき還元処理用の尿素水を加熱手段で昇温させた後、ターボチャージャよりも排気進行方向上流側で高温の排気に尿素水を添加して、ターボチャージャを回転させる排気と尿素水の微細液滴を混ぜ合わせ、尿素水の分解を促進させてアンモニアの生成量を確保する。
【００２４】
請求項４に記載の発明では、ＮＯxの還元に寄与しなかったアンモニアを、ゼオライトと貴金属触媒により、窒素や一酸化窒素に酸化する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の排気浄化装置によれば、下記のような種々の優れた効果を奏し得る。
【００２６】
（１）請求項１に記載の発明においては、ターボチャージャよりも排気進行方向上流側で高温の排気に還元処理用の尿素水を添加して、ターボチャージャを回転させる排気と尿素水の微細液滴を混ぜ合わせ、尿素水の分解を促進させるので、アンモニアの生成量を確保することができ、ＮＯxの還元効率が向上する。
【００２７】
（２）請求項２に記載の発明においては、排気に添加すべき還元処理用の尿素水を加熱手段で昇温し、尿素水の分解を促進させるので、アンモニアの生成量を確保することができ、ＮＯxの還元効率が向上する。
【００２８】
（３）請求項３に記載の発明においては、排気に添加すべき還元処理用の尿素水を加熱手段で昇温させた後、ターボチャージャよりも排気進行方向上流側で高温の排気に尿素水を添加して、ターボチャージャを回転させる排気と尿素水の微細液滴を混ぜ合わせ、尿素水の分解を促進させるので、アンモニアの生成量を確保することができ、ＮＯxの還元効率が向上する。
【００２９】
（４）請求項４に記載の発明においては、アンモニア酸化触媒に、ゼオライトと貴金属触媒を担持させているので、ＮＯxの還元に寄与しなかった残余のアンモニアを効率よく窒素や一酸化窒素に酸化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を、図示例とともに説明する。
【００３１】
図１は本発明の排気浄化装置の実施の形態の第１の例を示すものであり、図中、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００３２】
この排気浄化装置は、先述した添加ノズル４、演算ユニット５、及びＮＯx濃度センサ２８（図６参照）に代えて、尿素水Ｕを噴霧する添加ノズル２２と、演算ユニット２３と、エンジン６の排気マニホールド７に設けたＮＯx濃度センサ３０とを備えている。
【００３３】
また、酸化触媒２としては、ハニカム構造のコージライト担体の表面に、酸性物質であるゼオライト（シリカ・アルミナ材）と貴金属触媒（白金、バラジウム、あるいはこれらの双方）とを担持させたもの用いている。
【００３４】
添加ノズル２２は、ターボチャージャ８（タービン９）の排気入口付近に位置するように、排気マニホールド７に取り付けられている。
【００３５】
この添加ノズル２２には、電磁弁１６を介してポンプ１５が接続されている。
【００３６】
演算ユニット２３は、
ａ．回転数センサ１９により得たエンジン６の回転数と、アクセルセンサ２１により得たエンジン６に対する負荷指令値とから現時点のエンジン６の運転状態を想定してＮＯxの発生予想量を算出する機能、
ｂ．上記の発生予想量に見合った尿素水Ｕの添加量を算出する機能、
ｃ．上記の発生予想量が予め設定したしきい値を超過した場合に、ソレノイドを励磁して電磁弁１６を開き且つ制御ユニット１２によりモータ１３を作動させてポンプ１５を駆動し、添加ノズル２２から排気Ｇの流れに対して尿素水Ｕを噴霧する機能、
ｄ．ＮＯx濃度センサ１８により得たケーシング３の排気送出口付近のＮＯx濃度、または、ＮＯx濃度センサ３０により得た排気マニホールド７内のＮＯx濃度に応じて尿素水Ｕの添加量を補正する機能、
などを具備している。
【００３７】
すなわち、ＮＯxの還元処理に用いる尿素水Ｕを、エンジン６のシリンダから払い出されてすぐ後の高温の排気Ｇに対して噴霧すること、並びに、タービン９を排気Ｇが回転させる際に、尿素水Ｕの微細液滴と排気Ｇとが混ざり合うことの相乗作用で尿素水の分解が促進される。
【００３８】
つまり、図１に示す排気浄化装置では、エンジン６の起動直後、車両の寒冷地での運用、エンジン６の低負荷運転の継続などによって、ケーシング３の排気導入口（還元触媒１の排気Ｇ進行方向上流側）の雰囲気温度が高くならない場合であっても、アンモニアの生成量が確保され、排気Ｇに含まれているＮＯxを効率よく還元することができる。
【００３９】
この実施例における還元触媒１の雰囲気温度と排気ＧのＮＯx低減率との関係は、図２に実線で示すような傾向を呈し、図６の従来例における還元触媒１の雰囲気温度と排気ＧのＮＯx低減率との関係は、図２に破線で示すような傾向を呈する。
【００４０】
更に、微量のアンモニアが未反応のまま還元触媒１を通過したとしても、当該アンモニアは酸化触媒２で酸化処理され、窒素、あるいは一酸化窒素が大気中に放出されることになる。
【００４１】
図３は本発明の排気浄化装置の実施の形態の第２の例を示すものであり、図中、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００４２】
この排気浄化装置は、加熱器２４と、演算ユニット５（図６参照）の代わりの演算ユニット２５とを備えている。
【００４３】
加熱器２４は、制御ユニット２６から給電を受け且つ添加ノズル４へ向かって送出すべき尿素水Ｕを昇温させる電熱線２７を有している。
【００４４】
演算ユニット２５は、
ａ．回転数センサ１９により得たエンジン６の回転数と、アクセルセンサ２１により得たエンジン６に対する負荷指令値とから現時点のエンジン６の運転状態を想定してＮＯxの発生予想量を算出する機能、
ｂ．上記の発生予想量に見合った尿素水Ｕの添加量を算出する機能、
ｃ．温度センサ１７，２９により得たケーシング３の排気導入口、または排気送出口付近の雰囲気温度が、２００℃程度まで下がった際に、制御ユニット２６により電熱線２７を過熱状態にし、添加ノズル４から噴霧すべき尿素水Ｕの液温を少なくとも１５０〜２００℃の範囲に昇温させる機能、
ｄ．上記の発生予想量が予め設定したしきい値を超過した場合に、ソレノイドを励磁して電磁弁１６を開き且つ制御ユニット１２によりモータ１３を作動させてポンプ１５を駆動し、添加ノズル４から尿素水Ｕを噴霧する機能、
ｅ．ＮＯx濃度センサ１８により得たケーシング３の排気送出口付近のＮＯx濃度、または、ＮＯx濃度センサ２８により得た添加ノズル４上流付近のＮＯx濃度に応じて尿素水Ｕの添加量を補正する機能、
などを具備している。
【００４５】
すなわち、ＮＯxの還元処理に用いる尿素水Ｕを、加熱器２４で積極的に昇温させることで尿素水の分解が促進される。
【００４６】
つまり、図３に示す排気浄化装置では、エンジン６の起動直後、車両の寒冷地での運用、エンジン６の低負荷運転の継続などによって、ケーシング３の排気導入口（還元触媒１の排気Ｇ進行方向上流側）の雰囲気温度が高くならない場合であっても、アンモニアの生成量が確保され、排気Ｇに含まれているＮＯxを効率よく還元することができる。
【００４７】
この実施例における還元触媒１の雰囲気温度と排気ＧのＮＯx低減率との関係は、図４に実線で示すような傾向を呈し、図６の従来例における還元触媒１の雰囲気温度と排気ＧのＮＯx低減率との関係は、図４に破線で示すような傾向を呈する。
【００４８】
図５は本発明の排気浄化装置の実施の形態の第３の例を示すものであり、図中、図１、図３、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００４９】
この排気浄化装置では、エンジン６の排気マニホールド７に取り付けた添加ノズル２２に、加熱器２４で昇温した尿素水Ｕを送給するようにしている。
【００５０】
すなわち、ＮＯxの還元処理に用いる尿素水Ｕを、エンジン６のシリンダから払い出されてすぐ後の高温の排気Ｇに対して噴霧すること、並びに、タービン９を排気Ｇが回転させる際に、尿素水Ｕの微細液滴と排気Ｇとが混ざり合うことの相乗作用と、尿素水Ｕを加熱器２４で積極的に昇温させることで尿素水の分解が促進される。
【００５１】
つまり、図５に示す排気浄化装置では、エンジン６の起動直後、車両の寒冷地での運用、エンジン６の低負荷運転の継続などによって、ケーシング３の排気導入口（還元触媒１の排気Ｇ進行方向上流側）の雰囲気温度が高くならない場合であっても、アンモニアの生成量が確保され、排気Ｇに含まれているＮＯxを効率よく還元することができる。
【００５２】
なお、本発明の排気浄化装置は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の排気浄化装置は、車両用のディーゼルエンジンをはじめとして各種の内燃機関に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の排気浄化装置の実施の形態の第１の例を示す概念図である。
【図２】還元触媒の雰囲気温度と排気のＮＯx低減率との関係を示す線図である。
【図３】本発明の排気浄化装置の実施の形態の第２の例を示す概念図である。
【図４】還元触媒の雰囲気温度と排気のＮＯx低減率との関係を示す線図である。
【図５】本発明の排気浄化装置の実施の形態の第３の例を示す概念図である。
【図６】従来の排気浄化装置の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    尿素選択還元触媒（ＮＯx還元触媒）
２    アンモニア酸化触媒
４    添加ノズル（還元剤添加手段）
６    エンジン
８    ターボチャージャ
１１  流通経路
２２  添加ノズル（還元剤添加手段）
２４  加熱器（加熱手段）
Ｇ    排気
Ｕ    尿素水
【図１】
2005061362.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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